气田用空冷器节能监测评价方法

毛青霞 郭文军（中原油田分公司技术监测中心）

空冷器是气田生产系统的主要用能设备之一，随着我国气田生产规模的不断扩大，其能耗问题和节能管理备受关注。通过节能监测，对其能耗状况进行分析评价，依据分析评价结果采取相应的节能技术措施，有助于气田生产中的节能降耗和节能管理水平的提高。

运用能量平衡原理，采用黑匣子方法，分析稳定运行的能耗设备，得到能量进出平衡关系，确定有用能与损耗。研究设备的耗能方式及其影响因素，确定对应评价项目，分析不同因素对设备能耗的影响规律，评估对评价项目的影响程度，总结出科学合理的评价方法，为用能改造提供方向和依据。

1 气田空冷器节能监测评价方法研究

1.1 评价项目的确定

空冷器由电动机、风机、换热器三部分组成。由于换热器不属于直接能耗环节，仅考虑电动机、风机部分，采用单位供风量电耗来表征空冷器的电能利用状况，使用单耗作为空冷器的评价项目[1]。

1.2 空冷器单耗的理论分析

单位供风量电耗即单耗是反应空冷器的能耗状况指标。

空冷器单耗可由下式求得：

式中：DH——空冷器单位供风量电耗，kWh/m3；

P——电动机输入有功功率，kW；

D——空气流量，m3/h。

影响空冷器单耗的因素很多，包括电动机的效率、风扇的设计参数、换热器的形状及安装尺寸、当地空气的物性参数等。为了简化测试便于分析，对于换热器类似的情况，可以将影响空冷器单耗的主要因素归纳为有功功率、空气流量。由于空冷器的电动机额定功率、风机额定风量是表征空冷器的两个重要参数，因此，还应该加上电动机额定功率、风机额定风量这两个影响因素[2]。

1.3 评价分类因子的确定

1.3.1 统计分析

影响空冷器能耗水平的客观因素主要应考虑额定功率与额定风量[3]。

对不同额定功率的123台空冷器单耗进行统计，数据统计见表1、图1。通过分析，随着额定功率的增大，空冷器单耗总体呈减小趋势，但相关性不显著。

表1 额定功率与空冷器单耗统计

图1 额定功率与空冷器单耗关系对比

对测试的123台空冷器数据进行分析，对不同额定风量的空冷器单耗和功率因数进行统计，数据统计见表2、图2。通过分析，随额定风量的增大，空冷器单耗总体呈下降趋势。

表2 额定风量与空冷器单耗统计

图2 额定风量与空冷器单耗关系对比

由分析可以看出，空冷器单耗与额定风量的关系更为显著。同时，由于额定风量与额定功率本身就是正相关系，因此选择额定风量作为评价时考虑的分类因子。

1.3.2 聚类分析

对所有气田的空冷器数据进行整体分析。初步筛选保留了符合数据完整性要求的空冷器，共116台。通过聚类分析，分类以空冷器的电动机额定功率为基准划分[4]。

1.3.3 灰关联分析

为了确定影响因素与空冷器单耗之间关系的强弱，对各因素与单耗进行灰关联分析[5]，结果见表3。由表3可知，各因素之间的灰色关联度的大小相差不大，即这些因素对单耗的影响差别不大。

表3 各影响因素与空冷器单耗的灰色关联度排序（ρ=0.05）

统计分析结果：空冷器分类因子为额定功率或额定风量。

聚类分析空冷器单耗的结果：以电动机额定功率为基准进行划分。

灰关联分析结果：各因素对空冷器单耗的影响基本一致。

1.4 评价指标的确定

采用统计分析方法确定评价指标，以额定风量作为评价分类因子。目前中石化气田用空冷器风机按额定风量分为12×104m3、16×104m3、30×104m3、36×104m3四个级别。考虑评价时不宜分级，而四个风量级别中12×104m3与16×104m3相近，30×104m3与36×104m3相近，故将12×104m3和16×104m3合并为一类，30×104m3和 36×104m3合并为一类，以小于20×104m3和大于或等于20×104m3为划分界限，分为两个级别。

将空冷器单耗测试结果进行排序统计，按比例汇总（表4）。

表4 空冷器单耗指标汇总

如按测试评价设备数量的70%合格为限定值，30%合格为节能评价值，则经取整处理后并考虑指标的合理间距，确定评价指标（表5）。

表5 空冷器单耗评价指标

2 现场应用

气田用空冷器节能监测评价方法研究制定以后，先后用于中石化主要气田现场的28台次空冷器上，其中达到节能评价值的有11台，占测试总数的39.3%；达到限定值的有22台，占测试总数的78.6%。通过验证，所确定的节能评价方法和评价指标能够满足不同类型、不同开发阶段气田用空冷器的节能测试评价需要[6]。

3 结论

研究制定的气田用空冷器节能监测评价方法通过现场测试与实验分析，适合气田用空冷器的运行需求，可为气田用空冷器节能潜力的挖掘提供可靠的理论基础和数据依据。同时，通过在中石化主要气田的应用表明，所提出的测试评价方法能够满足不同类型气田能耗测试与评价的需要。